(57)【要約】【課題】フィルム加熱方式を用いる定着装置において、従来以上のクイックスタート化を可能にした加熱装置、及び外加熱装置を加熱定着装置として備えた画像形成装置の提供。【解決手段】加熱装置のヒータ基板において、温調用温度検知素子が接触するヒータ基板裏側の絶縁・保護層による温度勾配よりも、安全対策用温度検知素子が接触するヒータ基板裏側の絶縁・保護層による温度勾配の方が大きくなるように絶縁・保護層を設ける。【選択図】      図１
2005055522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に通電により発熱する抵抗発熱体、及び基板上の抵抗発熱体と同一側（以下基板裏側と称す）で少なくとも抵抗発熱体を覆うように配置された絶縁・保護層を有するヒータと、該ヒータを支持するヒータ支持部材と、基板裏側の絶縁・保護層に接触し、該ヒータの温度を検知・制御する温調用温度検知素子及び、該ヒータの異常昇温時にヒータの熱で作動し給電を遮断する安全対策用温度検知素子を有し、ヒータの抵抗発熱体とは逆側の面に耐熱性のフィルムを接触摺動させ、フィルムのヒータとは反対側に設置された加圧部材によって形成される圧接部に、被加熱材を導入して挟持搬送することにより、ヒータからフィルムを介して被加熱体に熱エネルギーを付与して被加熱材上の未定着の転写像を定着させる加熱装置において、温調用温度検知素子が接触するヒータ基板裏側の絶縁・保護層による温度勾配よりも、安全対策用温度検知素子が接触するヒータ基板裏側の絶縁・保護層による温度勾配の方が大きくなるように絶縁・保護層を設けることを特徴とする加熱装置、及び該加熱装置を加熱定着装置として備えた画像形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の絶縁・保護層において、温調用温度検知素子が接触するヒータ基板裏側の絶縁・保護層の厚みよりも、安全対策用温度検知素子が接触するヒータ基板裏側の絶縁・保護層の厚みの方が厚くなるように絶縁・保護層を設けることを特徴とする、請求項１記載の加熱装置、及び該加熱装置を加熱定着装置として備えた画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の絶縁・保護層において、温調用温度検知素子が接触するヒータ基板裏側の絶縁・保護層の厚みと、安全対策用温度検知素子が接触するヒータ基板裏側の絶縁・保護層の厚みとの熱的抵抗の差分を、それと等価な別素材の絶縁・保護層に置き換えたことを特徴とする、請求項１記載の加熱装置、及び該加熱装置を加熱定着装置として備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に通電により発熱する抵抗発熱体、及び基板上の抵抗発熱体と同一側（以下基板裏側と称す）で少なくとも抵抗発熱体を覆うように配置された絶縁・保護層を有するヒータと、該ヒータを支持するヒータ支持部材と、基板裏側の絶縁・保護層に接触し、該ヒータの温度を検知・制御する温調用温度検知素子及び、該ヒータの異常昇温時にヒータの熱で作動し給電を遮断する安全対策用温度検知素子を有し、ヒータの抵抗発熱体とは逆側の面に耐熱性のフィルムを接触摺動させ、フィルムのヒータとは反対側に設置された加圧部材によって形成される圧接部に、被加熱材を導入して挟持搬送することにより、ヒータからフィルムを介して被加熱体に熱エネルギーを付与して被加熱材上の未定着の転写像を定着させる加熱装置、および該加熱装置を加熱定着装置として備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、複写機、プリンタ、ファックス等の画像形成装置における画像加熱定着装置、すなわち、電子写真、静電記録、磁気記録等の適宜の画像形成プロセス手段により加熱溶融性の樹脂等によりなるトナーを用いて記録材に形成したトナー画像を、永久固着画像として加熱定着処理する画像加熱定着装置としては、熱ローラタイプの装置、フィルム加熱方式の装置等が挙げられる。
【０００３】
この画像加熱定着装置においては、サーミスタ等の温度検知手段に基づいて所望の定着温度に調整する温調制御回路とは別に、温度ヒューズ・サーモスイッチ等の安全回路手段を備え、規定以上の高温状態となった場合には強制的に熱定着装置への通電を切断していた。
【０００４】
また、画像形成装置のクイックスタート化の要求を満たす場合には、フィルム加熱方式を用いる場合が多い。このフィルム加熱方式の加熱定着装置は、特開平２−１５７８７８，特開平４−４４０７５〜４４０８３，特開平４−２０４９８０〜２０４９８４号公報等に記載されており、熱伝達効率が高く、装置の立ち上がりも速い方式（オンデマンド）の装置である。このフィルム加熱方式におけるヒータには熱容量を小さくし、温度上昇速度を速くしたセラミックヒータを用いる場合が多く、この画像形成装置においては通常温調時と異常高温発生時とで以下のような温度制御が行われている。
【０００５】
図６に温調用温度検知素子・安全対策用温度検知素子により検知した温度と、安全対策用温度検知素子の断線タイミングの関係のグラフを示す。
【０００６】
図６に示す様に、印字動作開始から熱定着装置への通電を開始し、該熱定着装置の温度が目標の温調温度ＴＳ（℃）近くになると、熱定着装置への通電電力を徐々に減らしてＴＳ（℃）を保つ様に温度制御を行う。しかし、急速に温度上昇するためサーミスタ検知温度は目標温度ＴＳ（℃）を瞬間的に上回ってしまう。
（オーバーシュート）
また、通電開始から熱定着装置の温度が一旦ＴＳ（℃）に到達した後の温度制御において、熱定着装置の温度が目標温度ＴＳ（℃）より低い場合には通電量を増やし、熱定着装置の温度が目標温度ＴＳ（℃）より高い場合には通電量を減らして、印字動作中に必要な目標温度ＴＳ（℃）になるように温度制御を行う。
【０００７】
一方、熱定着装置制御回路の故障等が発生して、熱定着装置への通電がオンになりっ放しとなり、安全対策用温度検知素子定格温度を超えるような状況が発生した場合には、温度検知手段に基づく制御とは別に、通電遮断手段（安全回路手段）の安全対策用検知素子が断線することにより、強制的に熱定着装置への通電を切断していた。
【０００８】
【特許文献１】
特開平２−１５７８７８号公報
【特許文献２】
特開平４−４４０７５号公報
【特許文献３】
特開平４−４４０７６号公報
【特許文献４】
特開平４−４４０７７号公報
【特許文献５】
特開平４−４４０７８号公報
【特許文献６】
特開平４−４４０７９号公報
【特許文献７】
特開平４−４４０８０号公報
【特許文献８】
特開平４−４４０８１号公報
【特許文献９】
特開平４−４４０８２号公報
【特許文献１０】
特開平４−２０４９８０号公報
【特許文献１１】
特開平４−２０４９８１号公報
【特許文献１２】
特開平４−２０４９８２号公報
【特許文献１３】
特開平４−２０４９８３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
近年は、上記のようなフィルム加熱方式の加熱定着装置を有する画像形成装置においても、さらなるクイックスタート化が求められている。加熱定着装置におけるフィルム表面が定着可能温度に達するまでの時間（立上時間）を短縮するためには、制御温度を上げることによって立上時のヒータの点灯時間を長くすることが挙げられるが、この場合ヒータが安全対策用温度検知素子と接する箇所も従来に比べ温度が上昇してしまう。このため、ヒータと確実に密着している安全対策用温度検知素子の検知温度も上昇し、従来使用していた安全対策用温度検知素子が異常時ではなく通常使用時にも動作してしまうといった問題があった。
【００１０】
こうした場合、単純に信頼性や実績のある動作温度の高い安全対策用温度検知素子があればよいのだが、無い場合には動作温度が変わるということで、素子としても新規での開発が必要となり、その手間や開発費、あるいは新規の材料や構成がコストアップにつながり、素子自身の信頼性についても十分であるかどうかといった問題点があった。
【００１１】
本発明は、基板上に通電により発熱する抵抗発熱体、及び基板上の抵抗発熱体と同一側（以下基板裏側と称す）で少なくとも抵抗発熱体を覆うように配置された絶縁・保護層を有するヒータと、該ヒータを支持するヒータ支持部材と、基板裏側の絶縁・保護層に接触し、該ヒータの温度を検知・制御する温調用温度検知素子及び、該ヒータの異常昇温時にヒータの熱で作動し給電を遮断する安全対策用温度検知素子を有し、ヒータの抵抗発熱体とは逆側の面に耐熱性のフィルムを接触摺動させ、フィルムのヒータとは反対側に設置された加圧部材によって形成される圧接部に、被加熱材を導入して挟持搬送することにより、ヒータからフィルムを介して被加熱体に熱エネルギーを付与して被加熱材上の未定着の転写像を定着させる加熱装置、および該加熱装置を加熱定着装置として備えた画像形成装置において、上記のような問題を解消し、さらなるクイックスタート化を可能にし、同時に装置の異常時には安全装置が確実に作動する系を実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上に通電により発熱する抵抗発熱体、及び基板上の抵抗発熱体と同一側（以下基板裏側と称す）で少なくとも抵抗発熱体を覆うように配置された絶縁・保護層を有するヒータと、該ヒータを支持するヒータ支持部材と、基板裏側の絶縁・保護層に接触し、該ヒータの温度を検知・制御する温調用温度検知素子及び、該ヒータの異常昇温時にヒータの熱で作動し給電を遮断する安全対策用温度検知素子を有し、ヒータの抵抗発熱体とは逆側の面に耐熱性のフィルムを接触摺動させ、フィルムのヒータとは反対側に設置された加圧部材によって形成される圧接部に、被加熱材を導入して挟持搬送することにより、ヒータからフィルムを介して被加熱体に熱エネルギーを付与して被加熱材上の未定着の転写像を定着させる加熱装置のヒータ基板において、温調用温度検知素子が接触するヒータ基板裏側の絶縁・保護層による温度勾配よりも、安全対策用温度検知素子が接触するヒータ基板裏側の絶縁・保護層による温度勾配の方が大きくなるように絶縁・保護層を設けることを特徴とする加熱装置、及び該加熱装置を加熱定着装置として備えた画像形成装置である。
【００１３】
（作用）
以上のような構成を用いた場合、温調用温度検知素子が検知する温度よりも、安全対策用検知素子が検知する温度の方が低いため、制御温度を従来よりも高く設定することが可能になり、更なるクイックスタートを可能にする。
【００１４】
また、これにより所望の従来の安全対策用温度検知素子をそのまま使うことができる。
【００１５】
従って、制御温度が高温に移行することによる素子の新規開発が不要になり、コストアップを回避できる。
【００１６】
また、従来の実績のある素子をそのまま使用することができるので、信頼性にも十分なものを、さらに共通化することでコストダウンすることが可能となり、安く実現できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
まず、本発明の第１の実施形態を図１から図３により説明する。
【００１８】
図１に、本発明の第１の実施形態の加熱定着装置が用いられる画像形成装置の概略構成図を示す。図１において、１はレーザビームプリンタ本体、２は該本体下部に配置され、記録媒体（記録材、用紙）Ｓを積載収納したペーパーカセットである。該用紙Ｓは、給紙ローラ３および搬送ローラ３ａの駆動により、プリンタ内の搬送路上へ給紙・搬送され、給紙センサ３ｂによって該用紙Ｓの先端、即ち画像書込タイミングが検知される。
【００１９】
４はレーザースキャナユニットであり、レーザスキャナ４ａから画像データに基づくレーザー光Ｌを射出し、折り返しミラー４ｂを介して所定の周速度で回転される感光体ドラム５ａ上に導光し、該ドラム面上をラスタスキャニングすることで静電潜像を形成する。
【００２０】
５は該レーザスキャナユニット４で形成された潜像をトナー像として用紙上に転写する現像・転写部であり、感光体ドラム５ａ上の静電潜像を現像器５ｂで現像してトナー像とし、該トナー像が前記給紙搬送された用紙Ｓと共に転写部ｍに達した際に、転写部材５ｃにより該用紙上にトナー像を転写する。
【００２１】
これらのレーザースキャナユニット４や、現像・転写部５等からなる画像形成手段によって用紙上に形成されたトナー像は、熱定着装置６に導入され、加熱及び加圧されて該用紙Ｓに定着される。該熱定着装置６の構成については、後述する。
【００２２】
７は排紙ローラで、定着装置６を通過した用紙を排紙トレイ８へ排出する。なお、エンジンコントローラ部９は制御手段で、各デバイスを統括的に制御する。
【００２３】
図２（ａ）は、本形態の定着装置６の概略構成図、図２（ｂ）は該定着装置に備えたヒータの模式平面図である。
【００２４】
６ｅは横断面略半円弧状樋型の耐熱性のヒータ保持部（フィルムガイド）であり、下面長手に沿って設けた溝部にヒータとしてのセラミックヒータ６ａを嵌入し、支持している。
【００２５】
該ヒータ６ａには、アルミナよりも熱伝導率が約１０倍程度良い窒化アルミニウム（ＡＬＮ）を基板として用いており、この基板とフィルム・被記録材加熱面側である基板表面側（ヒータ表面）に定着フィルム６ｆとの摺擦摩擦を低減するためのＰＩ・ＰＦＡ・ＰＴＦＥ等の摺動層を設け、その逆面側である基板裏面側（ヒータ裏面側）に通電発熱抵抗体６２や該発熱体６２へ電力を供給するための通電路６３を設ける。さらに通電発熱抵抗体６２を覆うようにして絶縁・保護を目的とした絶縁・保護層６４を設け、これにヒータの温調を行う温度検知素子としてのサーミスタ６ｄと過昇温時にヒータへの通電をストップする安全対策用温度検知素子としてのサーモスイッチ６ｂを当接する構成になっており、抵抗発熱体に通電することにより、記録材上のトナー像を溶融、定着させるニップ部の加熱を行うことができるようになっている。
【００２６】
６ｆは、円筒状の耐熱性定着フィルムであり、上記セラミックヒータ６ａを下面側に支持させた加熱ローラ部保持部６ｅに対してルーズに外嵌させてある。
【００２７】
また、カラー画像を形成する際には、画像品質を向上させるために、定着フィルム６ｆの中間層（不図示）として、弾性層を用いてもよい。弾性層の厚さに関しては、加熱定着装置のクイックスタートを損なわないことが重要で、弾性層としてシリコーンゴムを用いた場合には厚さ５００μｍ以下が好ましい。
【００２８】
さらに、定着フィルム６ｆの表層にはＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性の良好な耐熱樹脂（不図示）を、混合ないし単独で被覆して、オフセット防止や記録材の分離性を確保している。
【００２９】
そして該定着フィルム６ｆを挟ませて加熱ローラ部保持部６ｅの下面のセラミックヒータ６ａと、加圧部材としての弾性加圧ローラ６ｇとを所定の加圧力をもって圧接させ、加熱部としての所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させてある。
【００３０】
加圧ローラ６ｇは、不図示の駆動手段により矢印の半時計方向に回転駆動される（加圧ローラ駆動式）。この加圧ローラ６ｇの回転駆動による該ローラ６ｇと定着フィルム６ｆの外面との摩擦力で該フィルム６ｆに回転力が作用し、該フィルム６ｆがセラミックヒータ６ａの下向き表面に密着して摺動しながら矢印の時計方向に回転する。
【００３１】
そして該ヒータ６ａの発熱体６２に電力を供給し、不図示の温度制御系によってその電力を制御することで、セラミックヒータ６ａが所定の温度（定着温度）に温調管理される。
【００３２】
このように加圧ローラ６ｇの回転駆動による定着フィルム６ｆの回転がなされ、セラミックヒータ６ａが所定に昇温した状態において、定着ニップ部Ｎに未定着トナー画像Ｔを担持した記録紙Ｓが導入され、トナー画像担持面が定着フィルム６ｆと一緒に定着ニップ部Ｎを通過することで、セラミックヒータ６ａの熱が定着フィルム６ｆを介して記録紙Ｓに付与され、未定着トナー画像Ｔが記録紙Ｓに加熱定着される。
【００３３】
そして、該定着ニップ部Ｎを通った記録紙Ｓは定着フィルム６ｆの面から曲率分離されて排出搬送される。
【００３４】
図３に本実施例で用いたヒータ周辺部長手方向断面図を示す。本実施例においては、ヒータ基板として厚さ６００μｍの窒化アルミニウム（ＡＬＮ）基板６ａ−ｂを用い、基板表面側に厚さ６μｍのＰＩ摺動層６ａ−ａを、基板裏面側に抵抗発熱層６２を設け、それを覆うように絶縁・保護を目的としたガラス層６ａ−ｃを設けた。安全対策用温度検知素子としてのサーモスイッチ６ｄは作動定格温度が２５０±７℃のものを使用した。ヒータへの通電開始時のオーバーシュート等を考えた場合、使用温度範囲が２３０℃以下となり、温調温度をそれ以下に設定する必要がある。しかし、図３に示すようにサーモスイッチ当接部分のガラス層厚みを１００μｍ、温調用温度検知素子当接部分のガラス層厚みを４０μｍとし、ガラス層６ａ−ｃの厚み分布を変えることにより温度勾配に差をつけることによって、温調温度が２３０℃以上になっても、安全対策用温度検知素子の検知温度が２３０℃以下になり、従来のサーモスイッチを作動定格温度内で使用することができる。ただし、安全対策用温度検知素子をヒータの異常昇温時に確実に作動させることが必要であるため、当接部分のガラス層厚みは２００μｍ以下である必要がある。
【００３５】
（第２の実施例）
本実施例は上記第１の実施例において、安全対策用温度検知素子がヒータに当接する部分のガラス層の厚みと温調用温度検知素子がヒータに当接する部分のガラス層の厚みとの熱的抵抗の差分をＰＩ層６ａ−ｄに置き換えるものである。上記第１の実施例におけるガラス層の厚みの差分が６０μｍであるので、これに相当する厚さ２０μｍのＰＩ層を安全対策用温度検知素子当接部分につけることで、上記第１の実施例と同じ効果が得られる。
【００３６】
（第３の実施例）
本実施例は上記第１，２の実施例において、安全対策用温度検知素子がヒータに当接する部分のガラス層の厚みと温調用温度検知素子がヒータに当接する部分のガラス層の厚みとの熱的抵抗の差分を考慮し、その熱的抵抗の差分を熱伝導率の低いガラス層６ａ−ｅに置き換えるものである。これにより、上記第１，２の実施例と同じ効果が得られる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、基板上に通電により発熱する抵抗発熱体、及び基板上の抵抗発熱体と同一側（以下基板裏側と称す）で少なくとも抵抗発熱体を覆うように配置された絶縁・保護層を有するヒータと、該ヒータを支持するヒータ支持部材と、基板裏側の絶縁・保護層に接触し、該ヒータの温度を検知・制御する温調用温度検知素子及び、該ヒータの異常昇温時にヒータの熱で作動し給電を遮断する安全対策用温度検知素子を有し、ヒータの抵抗発熱体とは逆側の面に耐熱性のフィルムを接触摺動させ、フィルムのヒータとは反対側に設置された加圧部材によって形成される圧接部に、被加熱材を導入して挟持搬送することにより、ヒータからフィルムを介して被加熱体に熱エネルギーを付与して被加熱材上の未定着の転写像を定着させる加熱装置、及び該加熱装置を加熱定着装置として備えた画像形成装置において、制御温度を従来よりも高く設定することによって、さらなるクイックスタートを可能にすることができる。同時に、制御温度が高温側に移行した場合においても、従来用いていた安全対策用温度検知素子を用いることができ、信頼性を欠くことなく、同時に新規開発によるコストアップを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である加熱定着装置を有す画像形成装置の概略構成図
【図２】本発明の第１の実施形態における定着装置の構成を説明する断面図
【図３】本発明の第１の実施形態における定着装置の加熱装置の長手方向断面図
【図４】本発明の第２の実施形態における定着装置の加熱装置の長手方向断面図
【図５】本発明の第３の実施形態における定着装置の加熱装置の長手方向断面図
【図６】温調用温度検知素子と安全対策用温度検知素子の検知温度推移及び断線時温度推移
【符号の説明】
１  レーザービームプリンタ本体
２  ペーパーカセット
３  給紙ローラ
３ａ  搬送ローラ
３ｂ  給紙センサ
４  レーザースキャナユニット
４ａ  レーザースキャナ
４ｂ  ミラー
５ａ  感光体ドラム
５ｂ  現像器
５ｃ  転写部材
６ａ  セラミックヒータ（加熱体）
６ａ−ａ  摺動層（ＰＩ層）
６ａ−ｂ  窒化アルミニウム基板
６ａ−ｃ  絶縁・保護層（ガラス層）
６ａ−ｄ  絶縁・保護層（ＰＩ層）
６ａ−ｅ  絶縁・保護層（低熱伝導率ガラス層）
６ｂ  サーモスイッチ
６ｃ  サーモスイッチ・サーミスタ保持部材
６ｄ  サーミスタ
６ｅ  加熱ローラ部保持部
６ｆ  定着フィルム
６ｇ  加圧ローラ
８  排紙トレイ
９  エンジンコントローラ部
６１  基板
６２  抵抗発熱体
６３  通電路
６４  絶縁・保護層
６５  電極
Ｎ  定着ニップ部
ｍ  転写部
Ｔ  未定着トナー画像
【図１】
2005055522.tif 000003
【図２】
2005055522.tif 000004
【図３】
2005055522.tif 000005
【図４】
2005055522.tif 000006
【図５】
2005055522.tif 000007
【図６】
2005055522.tif 000008